综合物探方法在硬岩型铀矿勘查中的应用研究

王志宏，全旭东，王利民，山科社

(核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002)



综合物探方法在硬岩型铀矿勘查中的应用研究

王志宏，全旭东，王利民，山科社

(核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002)

简要介绍了硬岩型铀矿勘查中常用的一些物探勘查方法，论述了方法的原理、特点。通过实例简述了物探方法在不同地区硬岩型铀矿勘查中的应用现状与地质效果。应用结果表明，因地制宜地选用和合理配置高效的综合物探方法可较好解决断裂、构造裂隙密集带、岩体及接触带等地质问题，提高地质找矿效果。

硬岩型铀矿；综合物探；地质效果

硬岩型铀矿是我国主要的铀矿类型之一，经过前几轮勘查，地表和浅部规模较大的矿体已得到揭露，隐伏铀矿成为主要探测对象，重点是铀矿基地的外围扩大和矿区攻深找盲。然而，由于其埋藏深度大，信号响应微弱，单一的物探方法对寻找深部(隐伏)矿难以取得很好的效果。本文介绍近几年在深部硬岩型铀矿勘查中，应用综合物探方法寻找与铀成矿有关的地质构造取得的较好的地质勘查成果。

1 硬岩型铀矿勘查中的物探方法

物探是利用天然存在或人工建立的地球物理场的变化来解决地质问题的。近几年在江西、辽宁、新疆等地区硬岩型铀矿勘探过程中，根据需要解决的地质问题，采用了电磁法、磁法及放射性等物探方法进行了测量，取得了良好的地质成果。

1.1 电磁法

电磁法又称电磁感应法，是以地壳中不同岩、矿石电学性质差异确定地质目标，观测和研究交变电磁场(天然场和人工场)的空间和时间分布规律，来勘查地质构造的勘查方法[1]。

就硬岩型铀矿床而言，矿体与围岩之间、蚀变围岩与未蚀变岩石之间，一般均存在较大的电性差异。同时控矿断裂、容矿裂隙密集带发育及蚀变破碎带的出现，均可导致周围岩层(体)间明显的电性差异，这些特点使得电磁法成为硬岩型铀矿勘查的首选方法。可用来解决硬岩地区隐伏断裂构造、岩体分布、圈定构造破碎带及构造裂隙密集发育带等地质问题[2-4]。

1.1.1 可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法(简称CSAMT)，是基于大地电磁法(MT)和音频大地电磁法(AMT)而发展起来一种主动场源频率域电磁勘探技术。该方法通过不断变换供电频率达到电阻率测深的目的。

CSAMT在山区可根据地形灵活选择发射机位置，测量时只移动接收机便可进行面积性测深工作，从而提高了效率，降低了成本，是研究深部地质构造和探寻隐伏矿体及控矿、容矿构造的有效勘查手段[5-7]。

1.1.2 音频大地电磁法(简称AMT)

AMT是以交变电磁场为基础的天然场源类的测量方法。其原理与大地电磁测深法相同，二者的差异主要在于测量频率范围的不同。一般大地电磁测深法的测量频率范围是0.001～400 Hz，而AMT的测量频率范围一般是1～20000 Hz。

该方法在高阻覆盖区具有独到的优越性，可以穿透高阻盖层；而当基底为高阻, 且基底与盖层之间有明显电性差异时，能准确而清晰地探测出基底的埋深和起伏；同时也可探测隐伏含矿构造的形态、规模，对铀矿控矿主断裂两侧次级断裂的深部变化情况、次级断裂与主断裂的关系等也可发挥明显作用[8-9]。

1.2 磁法勘探

磁法勘探通过观测岩矿石的磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源或其它探测对象的分布规律。通常基性岩磁化率高，酸性岩磁化率低，沉积岩基本无磁性。硬岩区含矿断裂构造带、不同岩性接触带经挤压破碎、蚀变、矿化后强烈退磁或消磁，使其磁性与周围地质体磁性的差异较大[10]。高精度磁测测量精度高，能发现较微弱的磁异常，在硬岩地区可用来查明不同岩体的接触带以及与铀成矿有密切关系的断裂构造、脉体位置、蚀变带等[11-13]。

1.3 放射性物探方法之氡气测量

放射性物探方法是铀资源勘查的直接手段，在硬岩型铀矿普查勘探中普遍应用，主要包括地面γ测量、航空γ测量、氡及其子体测量、车载γ测量、热释光测量、裂变径迹等，取得了良好的成果。近40年来，露头矿和近地表矿已基本查明，找矿逐渐转向已知矿区的周边以及深部隐伏矿的勘查，放射性物探方法的应用效果受到很多限制[14]。

氡气测量方法是一种直接找矿方法，其原理是基于铀的衰变子体——气态氡的迁移、扩散和地气理论。断裂构造是氡气及地下水活动的通道，通过它深部铀矿化信息可传递至地表。这种方法的探测灵敏度很高，对深部盲矿体非常有效。氡气测量方法包括活性炭吸附测氡法，液体闪烁测氡法，α卡法，氡管法，α收集膜法，热释光测量等。

氡气测量用于找隐伏盲矿和隐伏断裂构造(断层、节理、劈理等)[15]效果良好。但该方法干扰因素较多，比如在地表屏蔽、盐碱地、岩石强烈风化及高本底岩性、断裂构造都可能引起非矿化假异常，需要在实际应用中探索一些突出深部矿化微弱信息、剔除地表干扰的手段[16]。

2 应用实例

近几年，先后在江西、辽宁、新疆等多个地区的硬岩型铀矿勘查中应用综合物化探测量，取得了较好的效果。下面就几个典型的实例进行分析，希望能获得抛砖引玉的效果。

2.1 桃山大府上地区

2.1.1 地质特征

工作区位于桃山岩体中南段、桃山铀矿田东部，属于桃山断裂与罗坑断裂的夹持地带。桃山铀矿田成矿主要受碎裂蚀变带控制，成矿岩体是多期、多阶段侵入的复式岩体，不同期次岩体的接触带、岩体形态变异部位、构造交结点、隐伏小岩体、岩脉、蚀变岩带部位往往是铀矿体赋存位置。铀矿化严格受断裂构造控制，主要含矿构造为次级、低序次的裂隙密集带，特别是断裂交汇部位形成的大范围碎裂带。岩体中岩石破碎、蚀变强烈、蚀变带等直接控制矿化分布范围[7，17]。

(2)岩石电性、磁性特征

由表1可知，桃山地区岩石磁性大小与花岗岩中黑色矿物含量有关，中粒斑状黑云母二长花岗岩磁化率最高，次为中粗粒斑状黑云母花岗岩、中粒黑云母花岗岩、中粗粒黑云母花岗岩、中粒黑云母花岗岩，其余岩石磁化率则较小。电性方面，中粒二云母花岗岩、中细粒二云母花岗岩、花岗斑岩电阻率较小，中粒黑云母花岗岩为中等，而中粗粒黑云母花岗岩、细粒二云母花岗岩、构造角砾岩则较大。根据理论及近几年工作经验可知，该区构造破碎带、蚀变带、裂隙密集带等处，岩石破碎、含水量增加导致附近电阻率相应降低，形成较明显的低阻特征。不同岩石之间电阻率虽具有一定的差异，但其变化大，空间尺寸有限，在该地区找矿时，电磁法通常是探测整个低阻构造破碎带、裂隙密集发育带或含矿构造等，而不是直接寻找矿体本身。

表1 桃山地区岩石物性参数统计表

2.1.2 工作方法

为了探明控制桃山铀矿田的桃山断裂、罗坑断裂及其夹持地段的构造格架，了解不同方向断裂变异(缓)及交汇部位，查明不同期次花岗岩界面和脉岩带深部变化情况，探索深部铀矿信息，为深部找矿提供地球物理依据，选择可控源音频大地电磁测量、高精度磁测及活性炭吸附氡法开展了综合物探测量，完成了7条综合剖面，取得了较好效果。文中仅对有代表性的L00线、L02线(测线由西向东)测量工作进行简要介绍。L00线位于测区西部，L02线位于L00线东部约2 km处。

2.1.3 物探效果

图1为桃山地区L02线物探测量综合剖面图，平距800 m附近为6214铀矿床。由图1a中可见，铀矿床附近由于构造、蚀变等作用使岩石出现退磁现象，△T显示出明显跳跃变化的弱负磁异常，其两侧△T磁异常相对平稳。氡浓度曲线在铀矿床附近出现明显的异常高值，两侧表现为背景值，较好地反映了铀源信息。从图1b可以看出，6214铀矿床位于桃山断裂与黄潭断裂之间，构造裂隙密集发育，岩石破碎，断面图中视电阻率明显偏低，出现低阻异常区，海拔-500 m以上浅部区域低阻带(构造裂隙密集带)影响宽度较大，约为600 m，海拔-500 m以下的深部其影响减小。

图1 L02线物探测量综合剖面图Fig.1 Cross sections of integrated geophysical exploration along line L02a—△T磁异常剖面图及氡浓度曲线图；b—视电阻率断面图。1—△T磁异常剖面图；2—氡浓度曲线图；3—推测断裂。

从L00线反演电阻率断面图(图2)可以看出，断面图平距0～700 m处反映为高阻特征，反演电阻率大于5 kΩ·m；平距700～1700 m及4500～6250 m段反映为低阻特征，反演电阻率小于2 kΩ·m；平距1700～4500 m段为中阻特征，反演电阻率一般为3.5 kΩ·m左右。

根据测量结果，推测了断裂8条，断裂均倾向南东，产状较陡。

平距500 m、1500 m、5000 m左右，反演电阻率等值线出现垂直密集带分布，两侧反演电阻率差异较大，推测为桃山断裂、黄潭断裂、罗坑断裂，断裂切割深度较大，从地表延深至海拔-800 m以深。桃山断裂和罗坑断裂上下盘电阻率差异明显，上盘电阻率等值线较为杂乱，反映了上盘运动较为强烈，岩石破碎程度较高，蚀变较强，导致电阻率整体降低；下盘电阻率等值线较有规律，反映下盘构造运动较上盘弱，岩石破碎程度相对较低，电阻率曲线稳定，且电阻率值较高。黄潭断裂上下盘电性特征刚好相反。

图2 L00线反演电阻率断面图Fig.2 Reversal derived resistivity sections of CSAMT survey along line L001—推测断裂；2—反演电阻率等值线。

平距1050 m、4750 m附近，反演电阻率等值线出现不连续、变形现象，推断是由F1、F14断裂造成。断裂切割深度较大，从地表一直延深到海拔-800 m以深，产状较陡。

平距2200 m、3200 m、3800 m附近，反演电阻率等值线出现条带状低阻，推测是留田断裂、F2断裂及圪源断裂从该地段通过引起。留田断裂切割深度由地表延深至海拔-800 m以深，而F2、圪源断裂切割深度则相对较小，控制深度一般在海拔-600 m以浅。

桃山断裂与黄潭断裂之间、罗坑断裂南东，反演电阻率相对较低，一般小于1 kΩ·m，推测该地段构造裂隙发育，岩石相对破碎，为构造裂隙密集发育带，宽度分别为600 m与800 m左右。

由图3可以看出，西北部呈大面积负磁异常，磁场强度均小于0 nT，中部磁场强度呈大面积正磁异常，磁场强度均大于0 nT，局部地段存在磁场强度均大于50 nT的团块状、条带状强磁异常，东南区内磁场强度呈大面积负磁异常为主，磁场强度均小于0 nT。依据区内△T平剖图、△T化极平面图及向上延拓平面图，结合物性、地质资料， 圈定了3个局部异常。根据地质资料，引起3个异常的地质原因基本相同，以下对Ⅱ号异常进行推断解释。

Ⅱ号异常形态不规则，由两个子异常构成，异常幅值一般在50～100 nT，化极上延200 m后强磁异常范围变小。由地质资料可知，异常相应地段岩性为中粒二云母花岗岩。根据物性资料，中粒二云母花岗岩属弱磁性，在区内引起弱磁场，由此推测异常地段出露的中粒二云母花岗岩相对较薄，深部可能存在强磁异常的中粒斑状黑云母二长花岗岩，该岩性与铀成矿有密切关系。

在桃山地区铀矿勘查中开展的综合物探测量结果证明，铀矿化地段由于断裂及构造裂隙密集带发育，在反演电阻率断面图中一般表现为低阻特征，与铀成矿有紧密联系的二长花岗岩磁场则反映为较强磁场特征。根据物探测量推测的构造裂隙密集发育的分布范围及磁场特征，结合区内铀成矿地质条件分析，推测坪上西南、气沅大布、罗坑断裂南东侧为找深部铀矿的有利地段，经勘查，在罗坑断裂变异部位的海拔-400 m处见到了铀矿化，取得了较好的验证成果。

2.2 连山关地区

2.2.1 地质概况

工作区位于辽东古裂谷北缘连山关短轴穹状复背斜的南翼中东段，该复式背斜轴向NW，核部为新太古代连山关钾质混合花岗杂岩体，翼部被古元古代辽河群沉积变质岩系覆盖。

连山关岩体主体由肉红色钾质混合花岗岩组成，其中有少量早期钠质花岗片麻岩残留体，并分布大量太古界鞍山群残留体，岩体边部分布有熔融作用形成的白色重熔混合岩。白色重熔混合岩分布在肉红色钾质混合花岗岩与辽河群浪子山组之间，与围岩呈过渡接触关系[18]。

图3 桃山地区△T化极等值线图Fig.3 Depolarized magnetic anomalies contour in Taoshan area1—磁异常及编号；2—测线及编号；3—地名标志。

工业铀矿化均为盲矿体，集中分布于构造接触带两侧100 m宽的范围内。铀矿化主要受连山关杂岩体与辽河群浪子山组接触带、北东向次级褶皱以及北东、北北东向断裂3种构造控制。

2.2.2 岩石电阻率特征

由表2可知，接触带附近浪子山组二云片岩表现为明显的低阻层，而浪子山组石英岩、白色重熔混合花岗岩、肉红色钾质混合花岗岩、岩脉表现为明显的中高阻特征。

由此可见，接触带的电性差异实际上表现为浪子山组二段石榴二云片岩与浪子山组一段石英岩、白色重熔混合岩之间的电阻率差异。由于石英岩厚度薄，而且部分地段存在缺失现象，因此，上述岩层电性差异在有些地段基本上反映了浪子山组石榴二云片岩与白色重熔混合岩接触带的位置。

2.2.3 工作方法

为了大致查明连山关岩体与浪子山组接触带的深部延展情况，开展了音频大地电磁法与土壤氡测量。利用综合物探资料推测了岩体接触带、断裂的展布特征，对部分地段接触带的走向提出了新的认识，为区内铀矿勘查提供了深部找矿信息。

2.2.4 方法效果

由图4可以看出，片岩反演电阻率值一般小于900 Ω·m，表现为明显的低阻特征，而石英岩、混合花岗岩反演电阻率值大于900 Ω·m，表现为明显的高阻特征；片岩与石英岩、混合花岗岩之间的接触带，表现为在平距150～350 m、海拔200 m附近，反演电阻率断面图上出现明显的高阻与中低阻分界，且沿垂向电阻率等值线出现明显的弯曲、变形及密集梯度带，土壤氡浓度在350 m出现明显的氡异常，异常值可达120 kBq/m3。

断裂构造通过部位，出现明显的低阻带或两侧岩石电阻率发生明显的变化，同时出现反演电阻率等值线密集带分布；断裂处由于岩石破碎等原因，成为氡气迁移的通道，在土壤氡测量剖面上出现明显的氡浓度异常。

核工业240研究所随后对上述异常部位进行了钻探验证工作，在ZKQ4-1推测的岩体接 触带——石英岩与二云片岩接触带中发现了了工业铀矿化线索，进一步证实了物探资料的推断解释结果。

表2 连山关地区岩石电性参数统计表

图4 L09线氡浓度剖面、反演电阻率综合剖面图Fig.4 Intergrated sections of resistivity and radon concentration along line L09a—氡浓度曲线；b—反演电阻率综合断面图。1—第四系；2—浪子山组片岩；3—浪子山组石英岩；4—混合花岗岩；5—地层界线；6—接触带；7—钻孔及编号；8—推断断裂。

根据综合物探测量结果可知，区内岩体接触带整体呈北西走向，中部分别被3条北东向的断裂(北沟、云盘沟、小北沟断裂)错断。前人工作认为测区中部岩体接触带走向为东西向，本次综合物探测量结果反映其为北西向。接触带产状在西部和东部总体反映为向石英岩、混合花岗岩一侧倾斜，而中部则表现为上部向石英岩、混合花岗岩一侧倾斜、下部则倾向于片岩一侧，造成岩体超覆于辽河群片岩之上。核工业240研究所在随后的钻探工作中，也验证了这个结论。

2.3 雪米斯坦地区

2.3.1 地质概况

雪米斯坦火山岩带受区域，东西向深大断裂控制。在雪米斯坦火山岩带内，杨庄-查干陶勒盖-巴音布拉克深大断裂横贯东西，深切泥盆系，不仅控制着晚古生代二叠纪一系列裂隙式和中心式火山机构的分布，同时也控制着华力西晚期侵入体呈带状相伴分布。沿雪米斯坦山脉南麓东西向深大断裂侵入的微晶花岗斑岩岩体，系超浅成因，与围岩呈切层侵入关系[19]。

2.3.2 电阻率特征

核工业216大队对在白杨河矿区施工的钻孔进行了地球物理综合测井，电阻率统计见表3。

由表3可以看出，花岗斑岩显示为高阻特征，其电阻率平均值为700 Ω·m，属于稳定的高阻体；凝灰岩显示为相对低阻特征，电阻率平均值为350 Ω·m；凝灰质含炭泥岩显示为低阻特征，电阻率平均值一般小于100 Ω·m。岩石破碎后其电阻率明显降低，破碎带电阻率值低于完整原岩的1/2。

表3 雪米斯坦地区岩石电性参数统计表

注:资料来源于核工业216大队，2009。

2.3.3 工作方法

为探索花岗斑岩的展布特征及其与围岩的深部接触关系，开展了音频大地电磁测量，共完成了130条剖面测量任务，基本查明了区内花岗斑岩的分布范围及其与围岩的接触特征，取得了良好的效果。文中仅对byh103、byh124线(测线编号西小东大)的测量结果进行简要介绍。byh103线位于测区中部，byh124线位于测区东部，两者线距约5.8 km。

2.3.4 方法效果

图5上部不连续的团块状高阻体为花岗斑岩的反映，深部中阻反映了泥盆系火山熔岩、凝灰岩的电性特征。花岗斑岩厚度自北向南逐渐增大、花岗斑岩与凝灰岩接触带深度也随之由北向南逐渐加深。在平距450 m处花岗斑岩厚度最大，再向南又逐渐变薄，接触带埋深也逐渐变浅。平距100 m处反演电阻率明显变低，推断有断裂通过，ZK5934钻遇的花岗斑岩普遍发生破碎也证实了这一点。

图5 byh124线反演电阻率断面及地质剖面对比图Fig.5 Reversal derived resistivity and geologic sections along line byh124a—反演电阻率断面图；b—地质剖面图。1—第四系；2—下石炭统黑山头组、和布克河组；3—上泥盆统火山碎屑岩；4—二叠纪侵入岩；5—砂砾、砾石；6—晶屑凝灰岩；7—熔结凝灰岩；8—角砾凝灰岩；9—凝灰质砂岩；10—花岗斑岩；11—辉绿岩；12—破碎带；13—地质界线；14—钻孔。

图6断面图总体表现为低阻特征，反演电阻率一般低于200 Ω·m，等值线光滑、宽缓，反映了石炭系凝灰质砾岩、砂岩、砂砾岩的电性特征；中部存在一个直立状高阻体，反演电阻率高达400 Ω·m以上，高阻体上窄下宽、深度较大，在探测深度内未见底，推断为花岗斑岩沿杨庄断裂侵入石炭系中，侵入体呈岩株产出。

根据AMT测量及反演结果，后期沿地质勘探线188线(该线位于byh103线附近，与其基本平行)岩体南北两侧相继施工了8个钻孔，有7个钻孔揭露到深部岩体，岩体接触面在深部呈“八”字形展布。在岩体南部施工的ZK18815为向北倾的斜孔，先揭到的是石炭系，其下部为花岗斑岩；在岩体北部施工的ZK18800为向南倾的斜孔，亦揭露到花岗斑岩。另外在岩体西部施工的ZK21201，于238 m时揭露到花岗斑岩。

通过开展AMT测量，大致查明了杨庄岩体花岗斑岩的深部展布特征，岩体受断裂控制，阿苏达沟以西以近于直立的岩株形式产出，向下有膨胀、变宽的趋势；阿苏达沟以东以岩盖、岩床形式产出，受构造抬升剥蚀影响，花岗斑岩大面积出露地表，北部抬升幅度大于南部，花岗斑岩厚度北薄南厚、西薄东厚。初步探索了花岗斑岩与火山岩接触带产状的变化特征，达到了预期目的。经后期钻探验证，推断结果与实际情况大致吻合，但在部分地段存在一定误差。

图6 byh103线反演电阻率断面及解释示意图Fig.6 Reversal derivedss section of apparent resistivity along line byh1031—下石炭统黑山头组、和布克河组；2—下石炭统和布克河组；3—早二叠世花岗斑岩；4—岩体界线；5—断层；6—钻孔。

3 结论

实践证明，综合物探方法在硬岩型铀矿勘查中比较有效。(1)可用于圈定深部控制矿化的断裂、裂隙密集带，确定与矿化有关的岩体形态、接触带产状及空间展布特征。

(2)验证结果表明，多数结果与实际情况大致吻合，但部分地段还存在一定的差异。

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Application of Integrated Geophysical Survey to the Exploration of Hard Rock-hosted Uranium Deposits

WANG Zhi-hong, QUAN Xu-dong, WANG Li-min, SHAN Ke-she

(AirborneSurveyandRemoteSensingCenterofNuclearIndustry,Shijiazhuang,Hebei050002,China)

This paper briefly introduces the application of main geophysical methods used in the prospecting and exploration of hard rock-hosted uranium deposits, expound their principles, characteristics.The application status and geological effect of different geophysical survey methods in the exploration for hard rock-hosted uranium deposits are riefly introduced in case study .The results indicate that geological condition such as fault strcture,fracture zone,pluton and contact zone could be well detected by correctly selecting and reasonably matching the geophysical methods which will improve the exploration effects.

hard rock-hosted uranium deposits; integrated geophysical exploration; geologic effects

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.02.007

2013-04-08 [改回日期]2014-10-17

王志宏(1973—)，男，高级工程师，博士，主要从事地球物理生产研究工作。E-mail：wzhsjz@163.com

1000-0658(2015)02-0110-11

P631；P619.14

A